DAC0832波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)課程名稱： 低頻信號(hào)源的設(shè)計(jì) 專業(yè)年級(jí)： 電子信息工程082班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 200805070211 實(shí)習(xí)時(shí)間： 2011年6月30至7月1日 指導(dǎo)教師： 填寫(xiě)時(shí)間：2011年 7 月3日一、設(shè)計(jì)任務(wù)及意義 本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)字式簡(jiǎn)易低頻信號(hào)發(fā)生器。用程序?qū)崿F(xiàn)方波、鋸齒波、三角波等信號(hào)，并在Protues電子設(shè)計(jì)平臺(tái)上對(duì)方案進(jìn)行了仿真。消除了傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器存在元器件分散性造成波形失真的弊端。系統(tǒng)采用AT89C52 單片機(jī)作為控制核心，外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）、按鍵電路。通過(guò)按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、正弦波。波形的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)可

2、任意改變，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良，可用于多種需要低頻信號(hào)源的場(chǎng)所，具有一定的實(shí)用性。二、設(shè)計(jì)方案選擇及論證 系統(tǒng)方案比較 方案一：采用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICL8038集成模擬芯片，（如圖2-1）它是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的專用集成電路。但是這種模塊產(chǎn)生的波形都不是純凈的波形，會(huì)寄生一些高次諧波分量，采用其他的措施雖可濾除一些，但不能完全濾除掉。圖2-1方案一方框圖D/A鍵 盤(pán)單片機(jī)ICL8038運(yùn)算電路顯 示D/A輸出方案二：采用分立元件實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的多諧振振蕩器，然后根據(jù)需要加入積分電路等構(gòu)成正弦、矩形、三角等波形發(fā)生器。這種信號(hào)發(fā)生器輸出頻率范圍窄，而且電路參數(shù)設(shè)定較繁瑣，其頻率大小

3、的測(cè)量往往需要通過(guò)硬件電路的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)，操作不方便。方案三：采用單片機(jī)和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形，由于是軟件濾波，所以不會(huì)有寄生的高次諧波分量，生成的波形比較純凈。它的特點(diǎn)是價(jià)格低、性能高，在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。經(jīng)比較，方案三既可滿足課程設(shè)計(jì)的基本要求又能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，電路簡(jiǎn)單，易控制，性價(jià)比較高，所以采用該方案。三、硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是以單片機(jī)AT89C51和8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832共同實(shí)現(xiàn)正弦波，方波，鋸齒波這三種常見(jiàn)波形的產(chǎn)生及顯示相互切換的功能。示波器OP1PDAC0832波形選擇開(kāi)關(guān)單片機(jī)PC機(jī)下載線 圖3-1 系統(tǒng)總體框圖3.

4、1單片機(jī)晶振電路 對(duì)于MCS-51一般的晶振可以在1.2MHZ12MHZ之間選擇，這是電容C可以對(duì)應(yīng)的選擇10pf-30Pf。對(duì)于本設(shè)計(jì)的電容C用30pF，晶振選用12MHZ。晶振電路解法圖3-2，一條引腳接在XTAL1,另一條接在XTAL2。電路圖如圖3-1-1所示：圖3-1-13.2單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化工作，復(fù)位后中央處理器CPU和單片機(jī)內(nèi)的其它功能部件都處在一定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。為了防止程序執(zhí)行過(guò)程中失步或運(yùn)行紊亂，此處我們采用了上電復(fù)位及手動(dòng)復(fù)位電路，電路圖如圖3-1-2所示：圖3-1-23.3完整電路 參照附錄三四、軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)只有0、1之分

5、,所產(chǎn)生的信號(hào)也都是離散信號(hào)。為了能夠讓單片機(jī)輸出所需的數(shù)字信號(hào),我們采用對(duì)信號(hào)采樣、量化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)產(chǎn)生所需信號(hào)。在設(shè)計(jì)中,對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行采樣,通過(guò)查表來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出不同的幅度值。采樣點(diǎn)越密,信號(hào)失真度也就越小。對(duì)于三角波,就是實(shí)現(xiàn)2次循環(huán),通過(guò)由最小值到最大值和由最大值到最小值的循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波的輸出。方波的輸出時(shí)間間隔由鍵盤(pán)輸入,然后由軟件通過(guò)定時(shí)、計(jì)數(shù)器來(lái)控制。因此,通過(guò)控制不同的計(jì)數(shù)初值就可以控制整個(gè)方波信號(hào)的頻率,其計(jì)數(shù)初值=65 536-輸入值。對(duì)于其他波形,程序根據(jù)輸入頻率值計(jì)算出波形的輸出時(shí)間參數(shù),即波形中每2點(diǎn)的時(shí)間間隔C。程序設(shè)定寄存器T0作定時(shí)器,T1作計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)

6、算出C65 536時(shí), CPU只使用T0。當(dāng)C>65 536時(shí),CPU將T0和T1串聯(lián)起來(lái)使用。T0/T1被調(diào)用后開(kāi)始計(jì)數(shù),總定時(shí)時(shí)間到,輸出一個(gè)點(diǎn),反復(fù)循環(huán),從而在一個(gè)周期內(nèi)輸出完整波形。設(shè)計(jì)中軟件分為初始化模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)掃描模塊、鍵值處理模塊和波形產(chǎn)生模塊。4.1 初始化子函數(shù)初始化子函數(shù)的主要工作是設(shè)置定時(shí)器的工作模式、初值預(yù)置、開(kāi)中斷和打開(kāi)定時(shí)器等。在這里，定時(shí)器T1工作于16位定時(shí)模式，單片機(jī)按定時(shí)時(shí)間重復(fù)的把波形送到DAC0832的寄存器。其程序流程圖如下圖4-2所示：4. 2鍵掃描子函數(shù)鍵掃描子函數(shù)的任務(wù)是檢查3個(gè)鍵是否有鍵按下，若有鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)的功能。這里3個(gè)

7、鍵分別用于頻率增加、頻率減小和正弦波，鋸齒波和方波的選擇功能。其程序流程圖如圖4-3所示：T1中斷允許，開(kāi)定時(shí)器，開(kāi)總中斷T1置初值，設(shè)為16位定時(shí)模式開(kāi)始返回 查鍵開(kāi)始返回定時(shí)值減1波形選擇定時(shí)值加1查鍵號(hào)，按鍵值執(zhí)行功能有鍵按下？NY程圖4.3波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生子函數(shù)波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生函數(shù)是定時(shí)器T1的中斷程序。當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，發(fā)生一次中斷。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，單片機(jī)按次序?qū)⒉ㄐ螖?shù)據(jù)表中的波形數(shù)據(jù)一一送到DAC8032，DAC8032根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)大小輸出對(duì)應(yīng)電壓。波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生子函數(shù)流程圖如圖4-4所示：功能標(biāo)志=1？開(kāi)中斷、中斷返回查表指針加1正弦波輸出方波輸出鋸齒波輸出關(guān)中斷、關(guān)定時(shí)、重裝初值、開(kāi)定時(shí)中

8、斷開(kāi)始圖4-44.4 主函數(shù)主函數(shù)的任務(wù)是進(jìn)行上電初始化，并在程序運(yùn)行中不斷查詢按鍵情況執(zhí)行相應(yīng)的功能。程序設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄五五、系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果硬件電路的調(diào)試比較簡(jiǎn)單，只要元器件安裝無(wú)誤，一般都能一次成功。軟件調(diào)試主要是各子程序的調(diào)試，對(duì)于頻數(shù)的增減按鍵，由于計(jì)數(shù)器為16位定時(shí)器，最大值為65535，在加減時(shí)用255作為減數(shù)，這樣頻率的調(diào)整變化較快些，但是在接近最高頻率變化太快；如果加減時(shí)用一作加減數(shù)，那么在頻率的高端變化平穩(wěn)，而在頻率的低端則變化太慢。調(diào)試時(shí)可根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)選擇加減數(shù)的大小。簡(jiǎn)易低頻信號(hào)源輸出頻率指標(biāo)實(shí)際測(cè)試如下：（1）當(dāng)按下K3鍵一下時(shí)，波形為正弦波。波形圖如圖5-1所示： 圖5-

9、1 正弦波波形圖（2）當(dāng)按下K3鍵兩下時(shí)，播行為三角波。仿真圖如圖5-2所示： 圖5-2 三角波波形圖（3）由P2.0口直接可輸出方波。仿真圖如圖5-3所示：K1鍵是頻率增加鍵，K2鍵是頻率減小鍵本次設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器正弦波的頻率范圍在0.01HZ83HZ，方波的輸出頻率范圍在1.310.6KHZ。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行波形仿真時(shí)可以在虛擬示波器上觀察到鋸齒波、三角波、正弦波和方波的波形。其中鋸齒波、三角波以及正弦波的輸出誤差較大，方波波形較為理想。這一方面與電路設(shè)置的參數(shù)有關(guān)，另一方面也與使用的仿真軟件有關(guān)。對(duì)于上述問(wèn)題的解決辦法是：改變仿真電路的參數(shù)或著換用版本較高的仿真軟件。當(dāng)然一般產(chǎn)生這種情況的原

10、因多由于電路的參數(shù)設(shè)計(jì)不合理所制。但從仿真波形上可以看出輸出波形的頻率大致與程序中的設(shè)置吻合。波形的幅度與程序設(shè)置的最大值有關(guān)，而頻率受機(jī)器周期的控制。當(dāng)仿真時(shí)，由于存在一定的系統(tǒng)誤差，波形效果不是很好。簡(jiǎn)易低頻信號(hào)源輸出的頻率不是很高，在設(shè)計(jì)時(shí)每周期波形用255個(gè)采樣點(diǎn)合成，波形不是很光滑。如果增加采樣點(diǎn)，則輸出的頻率會(huì)更低，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)選擇合理的采樣點(diǎn)數(shù)。用單片機(jī)產(chǎn)生低頻信號(hào)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以輸出產(chǎn)生復(fù)雜的不規(guī)則波形，這是一般通用信號(hào)源無(wú)法做到的。6、 實(shí)習(xí)體會(huì)通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，熟悉了基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)字式簡(jiǎn)易低頻信號(hào)發(fā)生器，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC832來(lái)實(shí)現(xiàn)波形又通過(guò)按鍵

11、來(lái)改變波形的頻率以及波形的轉(zhuǎn)換。在這次設(shè)計(jì)中，遇到很多的問(wèn)題，包括硬件的設(shè)計(jì)以及軟件的設(shè)計(jì)。硬件方面，就電路而言，根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)，該電路簡(jiǎn)單方便，實(shí)現(xiàn)波形并不是很困難，但是，在焊接電路過(guò)程中，由于粗心大意，第一次去測(cè)試的時(shí)候，沒(méi)有任何反應(yīng)，經(jīng)過(guò)自己和同學(xué)的檢查，最終發(fā)現(xiàn)是由于晶振沒(méi)有焊接（由于晶振是次電路的靈魂，它提供了電路的出事震蕩），所以一開(kāi)始沒(méi)有任何反應(yīng)。第二次去測(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)只有按住開(kāi)關(guān)才能有波形(K1，K2，K3任何一個(gè)都行)，后來(lái)經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的接地線20腳沒(méi)有接地，經(jīng)過(guò)這次的接地，終于成功了，輸出了完整而穩(wěn)定的波形在軟件設(shè)計(jì)中，要熟悉整個(gè)電路的工作原理以及就具體芯片管腳的程序

12、代碼，運(yùn)行過(guò)程中，調(diào)整好電路板，接好每一根導(dǎo)線，進(jìn)行調(diào)試。若程序與電路工作原理一致，將會(huì)出現(xiàn)預(yù)期效果。調(diào)節(jié)K1是增加波形信號(hào)的頻率，K2是減少波形信號(hào)的頻率，K3是三角波以及正弦波的轉(zhuǎn)換鍵。總而言之，在這次實(shí)習(xí)中，收獲頗多，不僅練習(xí)了焊接的工藝，而且也熟悉了電路的流程，以及單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和單片機(jī)AT89C51的工作原理。參考文獻(xiàn)1牛昱光，等.單片機(jī)原理及接口技術(shù) .北京：電子工業(yè)出版社，2008.2李光飛，等.單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo). 北京：北京航空航天出版社，2005.3黃仁欣，等.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2005.4張毅剛，等.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱：哈爾

13、濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002.附錄一 ：元器件清單元器件名稱及規(guī)格標(biāo)注AT89C52U1DAC0832U2電阻10KR1上拉電阻RP1晶體振蕩器12MX1瓷片電容30PfC1,C2電解質(zhì)電容10uFC3按鍵開(kāi)關(guān)K1,K2,K3直流電源5VVCC數(shù)字示波器附錄二：芯片管腳圖：1、AT89C522、DAC0832附錄三：電路原理圖附錄五：設(shè)計(jì)程序#include "reg51.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define key P1#define dataout P0/*正弦波數(shù)據(jù)表*/uchar c

14、ode sin_tab256=0x80,0x83,0x85,0x88,0x8A,0x8D,0x8F,0x92,0x94,0x97,0x99,0x9B,0x9E,0xA0,0xA3,0xA5,0xA7,0xAA,0xAC,0xAE,0xB1,0xB3,0xB5,0xB7,0xB9,0xBB,0xBD,0xBF,0xC1,0xC3,0xC5,0xC7,0xC9,0xCB,0xCC,0xCE,0xD0,0xD1,0xD3,0xD4,0xD6,0xD7,0xD8,0xDA,0xDB,0xDC,0xDD,0xDE,0xDF,0xE0,0xE1,0xE2,0xE3,0xE3,0xE4,0xE4,0xE5,

15、0xE5,0xE6,0xE6,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE6,0xE6,0xE5,0xE5,0xE4,0xE4,0xE3,0xE3,0xE2,0xE1,0xE0,0xDF,0xDE,0xDD,0xDC,0xDB,0xDA,0xD8,0xD7,0xD6,0xD4,0xD3,0xD1,0xD0,0xCE,0xCC,0xCB,0xC9,0xC7,0xC5,0xC3,0xC1,0xBF,0xBD,0xBB,0xB9,0xB7,0xB5,0xB3,0xB1,0xAE,0xAC,0xAA,0xA7,0xA5,0xA3,0xA0,0x9E,0x9B,

16、0x99,0x97,0x94,0x92,0x8F,0x8D,0x8A,0x88,0x85,0x83,0x80,0x7D,0x7B,0x78,0x76,0x73,0x71,0x6E,0x6C,0x69,0x67,0x65,0x62,0x60,0x5D,0x5B,0x59,0x56,0x54,0x52,0x4F,0x4D,0x4B,0x49,0x47,0x45,0x43,0x41,0x3F,0x3D,0x3B,0x39,0x37,0x35,0x34,0x32,0x30,0x2F,0X2D,0x2C,0X2A,0x29,0x28,0x26,0x25,0x24,0x23,0x22,0x21,0x20,

17、0x1F,0x1E,0x1D,0x1D,0x1C,0x1C,0x1B,0x1B,0x1A,0x1A,0x1A,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x1A,0x1A,0x1A,0x1B,0x1B,0x1C,0x1C,0x1D,0x1D,0x1E,0x1F,0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x28,0x29,0X2A,0x2C,0X2D,0x2F,0x30,0x32,0x34,0x35,0x37,0x39,0x3B,0x3D,0x3F,0x41,0x43,0x45,0x47,0x49,0x4B,0x4D,0x4F,

18、0x52,0x54,0x56,0x59,0x5B,0x5D,0x60,0x62,0x65,0x67,0x69,0x6C,0x6E,0x71,0x73,0x76,0x78,0x7B,0x7D;/*三角波數(shù)據(jù)表*/uchar code thr_tab256=0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,0x89,0x89,0x8A,0x8B,0x8C,0x8D,0x8E,0x8F,0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97,0x98,0x99,0x9A,0x9B,0x9C,0x9D,0x9E,0x9F,0xA0,0xA1,0xA

19、2,0xA3,0xA4,0xA5,0xA6,0xA7,0xA8,0xA9,0xAA,0xAB,0xAC,0xAD,0xAE,0xAF,0xB0,0xB1,0xB2,0xB3,0xB4,0xB5,0xB6,0xB7,0xB8,0xB9,0xBA,0xBB,0xBC,0xBD,0xBE,0xBF,0xBF,0xBE,0xBD,0xBC,0xBB,0xBA,0xB9,0xB8,0xB7,0xB6,0xB5,0xB4,0xB3,0xB2,0xB1,0xB0,0xAF,0xAE,0xAD,0xAC,0xAB,0xAA,0xA9,0xA8,0xA7,0xA6,0xA5,0xA4,0xA3,0xA2,0xA

20、1,0xA0,0x9F,0x9E,0x9D,0x9C,0x9B,0x9A,0x99,0x98,0x97,0x96,0x95,0x94,0x93,0x92,0x91,0x90,0x8F,0x8E,0x8D,0x8C,0x8B,0x8A,0x89,0x89,0x87,0x86,0x85,0x84,0x83,0x82,0x81,0x80,0x7F,0x7E,0x7D,0x7C,0x7B,0x7A,0x79,0x78,0x77,0x76,0x75,0x74,0x73,0x72,0x71,0x70,0x6F,0x6E,0x6D,0x6C,0x6B,0x6A,0x69,0x68,0x66,0x66,0x6

21、5,0x64,0x63,0x62,0x61,0x60,0x5F,0x5E,0x5D,0x5C,0x5B,0x5A,0x59,0x58,0x55,0x55,0x55,0x54,0x53,0x52,0x51,0x50,0x4F,0x4E,0x4D,0x4C,0x4B,0x4A,0x49,0x48,0x44,0x44,0x45,0x44,0x43,0x42,0x41,0x40,0x40,0x41,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46,0x47,0x48,0x49,0x4A,0x4B,0x4C,0x4D,0x4E,0x4F,0x50,0x51,0x52,0x53,0x55,0x55,0x56,0x57,0x58,0x59,0x5A,0x5B,0x5C,0x5D,0x5E,0x5F,0x60,0x61,0x62,0x63,0x66,0x65,0x66,0x67,0x68,0x69,0x6A,0x6B,0x6C,0x6D,0x6E,0x6F,0x70,0x71,0x72,0x73,0x77,0x75,0x76,0x7